地核被发现正在“漏气”,一种古老稀有的气体正在漏出
据媒体报道,根据一篇于发表在《自然》杂志上的研究显示,科学家在位于加拿大巴芬岛(Baffin)的火山岩里检测到了“惊人数量”的稀有氦同位素——氦-3(helium-3),这一发现为“惰性气体正在从地核泄漏”提供了有力支撑。相关科学家表示,氦-3可能在1亿年前甚至更早的时候,就已经开始从地核中泄露,地核中的氦-3气体到底从何而来,为什么科学家会如此关注这件事呢?
背景
地球是一个巨大的球体,由多层结构组成。最外层是大气层,它是地球上所有生命的氧气来源,也是保护地球免受太阳辐射和流星撞击的屏障。大气层下是地壳,它是地球的表面,由岩石和土壤构成,上面有海洋、陆地和生物。地壳下是地幔,它是地球的最厚的一层,由熔融的岩浆组成,它是地球的热源,也是造成火山和地震的原因。地幔下是地核,它是地球的中心,分为内核和外核。外核是液态的,由铁和镍等金属组成,它是地球的磁场的来源,也是保护地球免受宇宙射线的屏障。内核是固态的,也是地球的最热的地方,温度可达6000摄氏度,它是地球的重力的来源,也是地球的稳定的基石。
地球的这些层次之间是相互联系和影响的,它们共同构成了一个复杂的系统,维持了地球的平衡和生命的存在。然而,这个系统并不是永恒不变的,它也会受到内部和外部的干扰和变化。最近,科学家们发现了一个令人惊讶的现象,就是地球正在漏气!
地核被发现正在“漏气”
科学家在巴芬岛的火山岩中发现了氦-3,这种稀有的氦同位素的出现为地核泄漏提供了证据。相对于常见的氦-4,氦-3在地球上非常罕见,它更常在宇宙中的其他地方被找到。主要研究者、伍兹霍尔海洋研究所的福雷斯特·霍顿(Forrest Horton)博士解释说,整个宇宙的氦-3含量都极少,而地球的岩石部分会像锅炉上的热水一样发生对流现象,氦气在冷却阶段会流失到大气层中,再流失到太空中。
氦-3进入地核的过程可能可以追溯到宇宙“大爆炸”时期,大爆炸宇宙论认为宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前的大爆炸后膨胀形成的。在这个过程中,大量的氢和氦被释放,随着时间的推移,这些元素参与了星体,包括地球的形成。当地球形成时,氦元素可能被锁在了地核中,使地核成为了这一惰性气体的储存库。
地核泄漏对地球有无负面影响?
霍顿博士解释,从地核泄漏的氦-3不会对地球产生任何负面影响。惰性气体不会与其他物质产生化学反应,因此不会对人类或环境产生影响。这次的发现提出了新的研究方向和问题,比如地核是否还是碳和氢等元素的主要储存库,这些元素在地球的演化史中又扮演着怎样的角色。
霍顿博士表示,他们团队很期待能够研究类似的问题,并且通过氦-3,可能还能追踪到穿过地幔边界的其他元素,为我们理解地球的内部结构和演化提供更多的信息。
这项研究不仅为我们揭示了地球内部的一些秘密,也为未来的地球科学研究打开了新的窗口,让我们能够更加深入地理解这颗星球的内部运作机制。
氦-3的价值有多大?
氦-3的价值,主要体现在它是一种理想的核聚变燃料。核聚变是一种将轻元素的原子核合并成重元素的原子核,从而释放出巨大能量的过程。核聚变是太阳和恒星发光发热的能源,也是人类梦寐以求的一种清洁、安全、高效的能源。
目前,人类进行的核聚变研究,主要是以氘和氚为燃料的。氘和氚都是氢的同位素,其原子核分别由一个质子和一个中子、一个质子和两个中子组成。氘和氚的聚变反应,可以产生很高的能量,但是也有很大的缺点。一方面,氘和氚的聚变反应需要非常高的温度和压力,目前的技术还无法实现稳定的控制。另一方面,氘和氚的聚变反应会产生大量的中子,这些中子会对反应器的材料造成损伤,也会产生放射性废物,对环境和人体有危害。
而氦-3的聚变反应,就没有这些问题。氦-3可以与氘或氦-3进行聚变反应,产生的能量比氘和氚的聚变反应还要高,而且不会产生中子,只会产生带电的质子和氦-4。这些带电的粒子可以被磁场约束,不会对反应器的材料造成损伤,也不会产生放射性废物,是一种完全清洁的能源。而且,氦-3的聚变反应的条件相对较低,比氘和氚的聚变反应更容易实现控制。
因此,氦-3被认为是一种完美的核聚变燃料,具有巨大的能源开发潜力。据估计,1公斤的氦-3和0.67公斤的氘发生聚变反应,可以产生相当于一个1000万千瓦的发电厂19年发电量的能量,而且不会产生任何污染。如果用氦-3来发电,地球上每年消耗的能源相当于20吨的氦-3,而全世界每年的发电量只需要100吨的氦-3就足够了。氦-3的能源效率是非常惊人的。
答案在月球
难道人类注定要与这种理想的核燃料擦肩而过吗?这个问题的答案可能在月球!
一直以来,月球对人类都有着巨大的吸引力。从上世纪开始,以美国和苏联为首的各个国家就开始争先恐后地向月球发射探索卫星,特别是美国曾先后多次从月球带回土壤样本进行研究,极大地提高了人类对月球的认识。目前月球被探测到至少拥有100万吨的氦-3储量,足够人类使用1万年之久!
2020年,嫦娥5号探测器成功发射,首次完成对月球的自动采样返回工作,带回了1731克月球土壤。通过对这些土壤的研究,我们对如何提取月壤中丰富的氦-3资源有了更多的想法。
相信随着核工业技术和航空航天事业的发展,对于月球氦-3等资源的开发一定能够实现。或许就在不远的将来,在月球与地球之间,来来往往的宇宙飞船正向人类输送着丰富的氦-3资源,到那时,人类对于宇宙的探索和认识必将迈入一个崭新的阶段。
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